礦井水文地質基礎工作職工防治水專項培訓主要內容

1.礦井充水條件分析2.礦井涌水量預計3.礦井水文地質探查4.礦井水害防治1.礦井充水條件分析1.1礦井充水水源1.2礦井充水通道1.1礦井涌水水源

地下水的起源與賦存地下水類型及特征礦井涌水水源及其影響1.1礦井涌水水源

1.1.1地下水的起源與賦存1.1.1地下水的起源與賦存地下水的起源：滲入水：降水滲入地下形成的水，是地下水形成的主要形式凝結水：空氣中的水汽在顆粒和巖石表面凝結形成地下水初生水：巖漿中分離出來的氣體冷凝形成的水埋藏水：與沉積物同時生成或海水滲入到原生沉積物的孔隙中而形成的地下水1.1.1地下水的起源與賦存地下水的賦存：地下水賦存在巖石中的空隙中。巖石空隙是巖石成巖時期或巖石形成后在內外應力的作用下產生的。巖石空隙是地下水儲存場所和運動通道，空隙的多少、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律對地下水分布和運動具有重要影響。1.1.1地下水的起源與賦存

巖石中的空隙，根據成因和后期所受應力作用程度，分為孔隙、裂隙和溶隙（巖溶）。1—分選良好、排列疏松的砂；2—分選良好、排列緊密的砂；3—分選不良、含泥砂的礫石；4—經過部分膠結的砂巖；5—具有結構性孔隙的粘土；6—經過壓縮的粘土；7—具有裂隙的巖石；8—具有溶隙及洞穴的可溶巖1.1.1地下水的起源與賦存地下水系統(tǒng)：地下水補給、地下水徑流、地下水排泄1.1.1地下水的起源與賦存含水層、隔水層與弱透水層：飽水巖層中，根據巖層給水與透水能力而進行的劃分含水層（Aquifer）：是能夠透過并給出相當數量水的巖層—各類砂土，砂巖等隔水層（Aquifuge)：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層——裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）弱透水層（Aquitard）：

滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層——各種粘土，泥質粉砂巖等1.1.1地下水的起源與賦存1.1.1地下水的起源與賦存按含水介質的空隙類型孔隙含水層含地下水的孔隙巖層構成的含水層?？紫端饕獌Υ嬗诘谒募o和第三紀未膠結的松散巖土層中，可以是承壓的，也可以是非承壓的。松散巖層的孔隙一般連通性好，含水層內水力聯(lián)系密切，具有統(tǒng)一水面，孔隙水運動多呈層流狀態(tài)。裂隙含水層裂隙巖層構成的含水層。裂隙巖層中的地下水，其埋藏、分布與運動規(guī)律，主要受巖石的裂隙類型、裂隙性質、裂隙發(fā)育的程度等因素控制。與孔隙水相比，裂隙水埋藏與分布不均勻；運動的性質比較復雜，隨裂隙的發(fā)育及深度減弱，裂隙水在垂直方向的分布和運動也存在分帶現(xiàn)象。巖溶含水層可溶性巖石中的地下水。其埋藏與分布具有極大的不均衡性，地下水動態(tài)不穩(wěn)定，地表徑流與地下徑流、無壓流與有壓流相互轉化，在條件適宜的情況下常形成含水極豐富的含水層。1.1.1地下水的起源與賦存按含水層埋藏條件及水力狀態(tài)承壓含水層指兩個隔水層或弱透水層之間所夾的完全飽水的含水層。其補給區(qū)與分布區(qū)不一致，能承受靜水壓力，動態(tài)變化不顯著。由于承壓水不具自由水面，其運動方式不是在重力作用下自由流動，而是在靜水壓力作用下，以水交替的形式進行運動。無壓含水層指具有自由水面的含水層，含水層自由水面以上可以是透水層，也可以是弱透水層或隔水層。其自由水面上任一點均受大氣壓力作用，故無壓水不能承受靜水壓力，只能在重力作用下，始終由高水位向低水位運動。1.1礦井涌水水源

1.1.2地下水的類型及特征1.1.2地下水的類型及特征

根據地下水的埋藏條件分為：上層滯水、潛水和承壓水。地下水的類型：上層滯水潛水承壓水上升泉隔水層

隔水層

透水層測壓水位潛水位承壓水位1.1.2地下水的類型及特征上層滯水：是指埋藏在離地表不深的飽氣帶中局部隔水層上的重力水上層滯水一般分布范圍小，儲水量不豐富。由于其埋藏淺，受氣候條件影響大，雨季獲得補給，補給區(qū)與其分布區(qū)一致，旱季水量明顯減少，甚至干涸。一般只有當飽氣帶厚度較大時，上層滯水才易出現(xiàn)；當其下部隔水層范圍較廣時，上層滯水存在的時間較長。上層滯水由于分布范圍有限，水量少，且其季節(jié)性明顯，僅能作小型或臨時性供水水源，一般對煤礦生產幾乎沒有影響。

1.1.2地下水的類型及特征潛水與潛水含水層潛水：是指埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水。潛水含水層：賦存潛水的巖層由于潛水具有自由水面(即潛水面)，而潛水面上任意一點均只受大氣壓作用，所以潛水是不承受靜水壓力的無壓水(因局部隔水層存在產生局部地段承壓現(xiàn)象例外)，只能在重力作用下，由高水依向低水位不斷運動?；疽兀▽I(yè)術語）

潛水面(b-b’)

潛水位(H)

含水層厚度(h2)

潛水埋深(h1)潛水等水位線圖在潛水面上將高程相同的點即潛水位相同的點相連，即為潛水面的等水位線圖。18河河流流1.1.2地下水的類型及特征承壓水與承壓水含水層承壓水：充滿于兩個隔水層（或弱透水層）之間的含水層中的水。

承壓含水層：賦存有承壓水的巖層。

Ⅰ—補給區(qū)；Ⅱ—承壓區(qū)；Ⅲ—排泄區(qū)；H—承壓水頭；M—含水層厚度1—隔水層；2—含水層；3—噴水鉆孔；4—不自噴鉆孔；5—地下水流向；6—測壓水位；7—泉1.1.2地下水的類型及特征含水層之間地下水的轉化

如果兩個含水層（或含水系統(tǒng)）之間的地下水存在相互轉化，那么對某一特定含水層而言是獲得補給，而對另一個含水層來說則是排泄。

>>轉化條件：兩個含水層（或含水系統(tǒng)）之間存在水頭差而且有聯(lián)系的通路，那么水頭較高的含水層便補給水頭較低的含水層。>>轉化形式：潛水補給承壓水；承壓水補給潛水；松散沉積物和基巖中存在的“導水通道”而使含水層之間發(fā)生相互轉化1.1.2地下水的類型及特征承壓水補給潛水1.1.2地下水的類型及特征潛水補給承壓水221.1.2地下水的類型及特征松散沉積物中含水層通過“天窗”和越流補給1.1.2地下水的類型及特征含水層通過導水斷裂發(fā)生聯(lián)系1.1.2地下水的類型及特征含水層通過鉆孔發(fā)生聯(lián)系1.1.2地下水的類型及特征含水層通過弱透水層越流補給MHAHBAB主含水層補給含水層1.1.2地下水的類型及特征1.1.2地下水的類型及特征

根據含水介質性質分為：孔隙水、裂隙水、巖溶水。1.1.2地下水的類型及特征孔隙水：儲存于疏松巖層孔隙中的水

孔隙水的存在條件和特征取決于巖石孔隙的發(fā)育情況。

一般情況下，巖石顆粒大而均勻，則含水層孔隙大、透水性好、水量大、運動快、水質好，反之，則含水層孔隙小、透水性差、水量小、運動慢、水質也差。1.1.2地下水的類型及特征孔隙水由于埋藏條件不同，可形成上層滯水、潛水和承壓水。孔隙水對采礦的影響主要取決于孔隙含水層厚度、巖層顆粒大小及其與煤層的相互關系。一般來說，巖石顆粒大且均勻，地下水運動快、水量大；而顆粒細且均勻的砂層，容易形成流砂，如果事先沒有準備，大量流砂涌入井內。因此，在井筒鑿掘時，常用凍結法穿過流砂層。在急傾斜煤層條件下，在煤層淺部開采時，巖層垮落向上抽冒，常常波及到富水性很強的砂礫石含水層，這時將有大量孔隙水和松散沉積物涌入并下，造成突水（突沙）事故。1.1.2地下水的類型及特征裂隙水：埋藏于基巖裂隙中的地下水按成因，巖石的裂隙可分為風化裂隙、成巖裂隙和構造裂隙三種類型，相應的裂隙水也分為三種。1.1.2地下水的類型及特征風化裂隙水是指賦存在風化裂隙中的水。風化裂隙是由巖石風化作用形成的。特點：分布于近地表的基巖表面，無一定方向，延伸短，常構成彼此連通的裂隙體系。風化裂隙水大部分為潛水，具有統(tǒng)一的水面，多出露于基巖的表層，其下新鮮的基巖為風化裂隙含水層的下限。此種水補給來源主要為大氣降水，因此，在氣候潮濕多雨地區(qū)和地形平緩地區(qū)，風化裂隙水較豐富，可作飲用水。成巖裂隙水是指賦存在成巖裂隙中的地下水。成巖裂隙是在巖石形成過程中產生的，一般常見于于火成巖中。這類裂隙在水平或垂直方向上，都較均勻，也有固定層位，彼此互相連通。成巖裂隙中的地下水水量有時可能很大，在疏干和利用方面均不可忽視。1.1.2地下水的類型及特征構造裂隙水是指賦存在構造裂隙中的地下水。由于構造裂隙比較復雜，因而構造裂隙水的變化也較大，常分為層狀裂隙水和脈狀裂隙水兩種。（1）層狀裂隙水埋藏于沉積巖、變質巖的節(jié)理及片理中，此種裂隙水可以形成互相連通的含水層，當具有統(tǒng)一的水面時，可視為潛水含水層，若其上部為新的沉積層覆蓋時，則可形成層狀裂隙承壓水。（2）脈狀裂隙水常存在于斷裂破碎帶中，呈承壓水性質。在地形低洼處，常沿斷裂帶以泉的形式排泄，其透水性取決于斷層性質和所切巖層的透水性，一般壓性斷裂透水性較差，張性斷裂透水性較強。當斷裂破碎帶規(guī)模大、透水性強，補給水源充足時，就可能形成涌水量大而穩(wěn)定的含水帶，給煤礦生產安全造成威脅。1.1.2地下水的類型及特征巖溶水：埋藏于溶洞溶隙中的重力水巖溶是發(fā)育在可溶性巖石地區(qū)的一系列獨特的地質作用和現(xiàn)象，又常稱為喀斯特。這種地質作用包括地下水的溶蝕作用和沖蝕作用。產生的地質現(xiàn)象，就是由這兩種作用所形成的各種溶隙、溶洞和溶蝕地形1.1.2地下水的類型及特征巖溶發(fā)育必須具備一定的條件：有透水的可溶性巖層(石膏、鹽巖、石灰?guī)r、白云巖等)存在，運動于可溶性巖層中的水具有侵蝕性，且水是流動的。巖石的溶解度越大，透水性越好，水的侵蝕性越大，水的交替越強烈，則巖溶也越發(fā)育。1.1.2地下水的類型及特征巖溶水主要特點：水量大，運動快，在垂直和水平方向上都具有分布不均勻的特征，巖溶較其它巖石中孔隙、裂隙往往要大得多，降水易滲入。溶洞不僅能迅速接受降水滲入．而且?guī)r溶水在溶洞或暗河中流動很快，年水位差有時可達數十米；巖溶水埋藏很深，在高峻的巖溶山區(qū)常缺少地下水露頭，甚至地表也沒有水，造成缺水現(xiàn)象，大量巖溶水都以地下徑流的形式流向低處，在谷地或與非巖溶化巖層接觸處，以成群的泉水出露地表。巖溶水一般水量大、水質好，可作大型供水水源。巖溶水對煤礦生產安全構成嚴重威脅，尤其巖溶化巖層厚度巨大時，如華北的奧陶紀灰?guī)r水、華南的長興組及茅口組灰?guī)r水多是造成礦井重大水患的水源。1.1礦井涌水水源

1.1.3礦井涌水水源及其影響1.1.3礦井涌水水源大氣降水地表水：江、河、湖、海中的水地下水：第四系松散沉積層潛水（承壓水）基巖裂隙水巖溶水等老空水：古井、小窯、廢巷（井）水采空區(qū)積水煤礦常見的水源1.1.3礦井涌水水源1.1.3礦井涌水水源1.1.3.1大氣降水大氣降水是地下水的主要補給來源。所有礦井的充水都不同程度地受到降水的影響。降水對礦井涌水的影響，既與降水特點有關，還與降水的入滲條件有關。兩個問題：大氣降水對礦井涌水的影響受大氣降水影響的礦井涌水量變化特點1.1.3礦井涌水水源大氣降水對礦井涌水的影響有集中入滲通道的礦井降水沿集中入滲通道灌入礦井造成涌水；水量大小取決于降水量大小和集中通道連通地表部分的匯水條件，也取決于集中通道的過水斷面和長度；礦井涌水與降水關系密切，礦井涌水滯后于降水的時間，一般為數小時至數日，有時可構成水害。1.1.3礦井涌水水源大氣降水對礦井涌水的影響通過巖層的孔隙、裂隙滲入的礦井礦井涌水取決于降水量大小、降水強度（強度大容易形成地表徑流而流失，強度小又不及潤濕包氣帶）和降水歷時（歷時長有利于入滲），更取決于入滲條件（地形及地表水系發(fā)育情況、巖層滲透性、植被等）；礦井涌水量增大滯后于降水的時間較長，一般為十幾天至幾十天不等，在降水特點相同的條件下主要取決于入滲條件。1.1.3礦井涌水水源受大氣降水影響的礦井涌水量變化特點特點一：周期性變化-季節(jié)性（年周期性）變化：

礦井涌水量變化與降水量變化相一致（右圖），礦井涌水量峰與降水量峰值一致或有所滯后。1.1.3礦井涌水水源受大氣降水影響的礦井涌水量變化特點特點二：降水影響隨深度的增加而減弱同一礦井，降水對礦井涌水的影響有隨深度減弱的趨勢，表現(xiàn)為深水平礦井涌水量比淺水平小，涌水量峰值滯后于降水量峰值的時間延長，

減小的幅度和滯后的時間長短取決于入滲條件的變化。

例如，以大氣降水為主要充水水源的四川芙蓉煤礦，+515.75m水平的中平硐，礦井涌水量變化系數

=19，而+441m水平的下平硐，=3.6。1.1.3礦井涌水水源1.1.3.2地表水礦區(qū)內或附近存在河流、湖泊等地表水體，當其與礦井井巷或充水巖層具有水力聯(lián)系時，可成為礦井涌水的水源，甚至可導致淹井事故。地表水體能否成為礦井涌水水源，取決于地表水體與井巷之間有無直接或間接聯(lián)系的通道。地表水涌水或灌入礦井的途徑主要有：（1）通過第四系松散砂礫層及基巖露頭。如山東新汶礦區(qū)西港煤礦大汶河水通過砂礫層補給四灰含水層導致礦井涌水（下圖）。1.1.3礦井涌水水源山東新汶礦區(qū)西港煤礦大汶河水通過砂礫層補給四灰含水層導致礦井涌水1.1.3礦井涌水水源（2）通過構造破碎帶或小窯采空區(qū)（古井）直接潰入礦井。（3）洪水期間，可通過地勢低洼處的井口或沖破圍堤直接灌入礦井。1.1.3礦井涌水水源（4）通過地表巖溶塌陷。如湖南漣邵礦區(qū)恩口二井，木杉河洪水沖垮河堤，灌入巖溶塌陷區(qū)，潰入礦井，最大涌水量達3500m3/h。（5）地表水體下開采，通過冒落帶或裂隙水與地表水體溝通，使地表水進入礦井。如吉林省遼源礦區(qū)梅河一井水庫透水淹井事故。1.1.3礦井涌水水源1.1.3.3地下水

是貯存于包氣帶以下地層空隙，包括巖石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。1.1.3礦井涌水水源1.1.3.3地下水地下水的類型按埋藏條件，可將地下水分為三種類型：上層滯水：是埋藏在離地表不深，包氣帶中局部隔水層之上的重力水潛水：潛水是埋藏在地表以下，第一個穩(wěn)定隔水層以上、具有自由水面的重力水。承壓水：埋藏并充滿兩個穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的重力水。1.1.3礦井涌水水源1.1.3礦井涌水水源地下水按其介質類型分類孔隙水(存在于孔隙中的水）、裂隙水（存在于裂隙中的水）、巖溶水（存在于溶隙中的水）孔隙：存在于松散的或未完全膠結的巖石顆粒與顆粒之間或顆粒集合體與顆粒集合體之間的空隙，稱為孔隙。裂隙：裂隙是堅硬巖石形成時或形成后由于各種內外營力的作用，使巖體遭受破壞而形成的空隙。溶穴（隙）：可溶性巖石經地下水的溶蝕和機械沖蝕作用產生的空隙。

1.1.3礦井涌水水源幾種類型地下水的特征孔隙水的特征孔隙水在不同沉積物中特性不同孔隙水的分布與沉積環(huán)境密切相關孔隙水一般存在于松散層沉積物，多為潛水，深部為承壓水孔隙水介質較為均一1.1.3礦井涌水水源基巖裂隙水的特征埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性基巖裂隙含水層的形態(tài)多種多樣明顯受地質構造因素控制水動力條件比較復雜1.1.3礦井涌水水源巖溶水的特征巖溶水分布的不均一性原因：是巖石本身的特性決定的。平面上的不均一性：存在強徑流帶不同層位的不均一性不同埋深的不均一性巖溶水的特點：差異性特別大，給勘探和評價帶來很大困難。1.1.3礦井涌水水源1.1.3.3地下水充水巖層對礦井涌水的影響對礦井涌水起作用的含水層稱為充水含水層。根據充水巖層對礦井涌水所起的作用，可將其分為：（1）直接充水含水層：指礦井巷道直接揭露的含水層，或通過煤層回采后的冒落裂隙帶、回采工作面及巷道底板破壞帶等直接向礦井充水的含水層。（2）間接充水含水層：與直接充水含水層有水力聯(lián)系，并通過直接充水含水層向礦井充水的含水層。

直接充水含水層和間接充水含水層在水量計算和防治方法是有區(qū)別的！1.1.3礦井涌水水源充水巖層對礦井涌水的影響主要取決于以下因素：1.充水巖層的含水空間特征根據充水巖層的含水空間特征，可將其劃分為：

（1）孔隙充水巖層含水空間主要為孔隙，發(fā)育較均一，巖層的富水性取決于顆粒成分、膠結程度、分布規(guī)模、埋藏及補給條件。這類巖層主要為第四紀松散沉積物及部分新近紀沉積物。1.1.3礦井涌水水源（2）裂隙充水巖層含水空間主要為裂隙，發(fā)育不均一，并具有一定的方向性，巖層的富水性取決于裂隙的發(fā)育程度、分布規(guī)律和及補給條件。這類巖層一般富水性不強。煤層的頂、底板往往是裂隙巖層，是煤礦采掘過程經常揭露的含水層。由于富水性較弱，通常表現(xiàn)為淋水、滴水或滲水，水量一般不大，且分布不均一。1.1.3礦井涌水水源（3）巖溶充水巖層巖溶充水含水層的含水空間包括溶孔、溶隙及溶洞，分布極不均一，規(guī)模相差懸殊。巖溶水在宏觀上具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系，而局部水力聯(lián)系可能不好，水量部分極不均勻。巖溶充水含水層在我國南北方煤田中均常見。在華北煤田中，太原組含若干層厚度不大的石灰?guī)r層，煤系的底板是巨厚的富水性很強的奧陶紀石灰?guī)r含水層，對煤礦開采尤其開采太原組下部的煤層是巨大的威脅。1.1.3礦井涌水水源1.1.3.4老空積水采掘范圍內不明的古井、小窯積水，以及近代礦井采空區(qū)與廢棄的老塘（舊巷道）積水，統(tǒng)稱為老空積水。礦井采掘工程揭露或接近這些老空積水區(qū)時，老空積水便成為礦井新的水源。輕則增加礦井涌水量，重則淹沒巷道、工作面或采區(qū)，甚至沖毀巷道，造成人員傷亡。如兗礦集團濟寧二號煤礦曾經發(fā)生采空區(qū)積水突破工作面隔離煤柱涌出事故，導致3人死亡，多人受困。老空有時還能溝通地表水或塌陷區(qū)，引導地表積水進入礦井。如棗莊木石礦曾經因井下巷道揭露老空導致地面塌陷區(qū)積水潰入井下，造成30多人死亡的事故。1.1.3礦井涌水水源老空積水對礦井涌水的影響主要表現(xiàn)在：1.位置不清，水體幾何形狀極不規(guī)則，空間分布極不規(guī)律，因而對積水區(qū)位置難于分析判斷和準確掌握，對礦井涌水常帶有突發(fā)性。2.采空積水區(qū)都分布于礦井淺部，位置是居高臨下，且采空積水的突出不同于地下水滲流，不受含水介質的約束。不論積水量大小，突水量都很集中，突水時瞬時水量大，持續(xù)時間短，流速快，來勢猛，即使水量不大也能造成人員傷亡，水量大時危害更大，甚至造成大量人員傷亡和淹井事故。1.1.3礦井涌水水源3.老空水中常含SO42-高，PH低，具酸性，有腐蝕性，對礦井設備有損害作用；有時還隨水噴出如硫化氫等有毒有害氣體。老空積水造成淹井的事故不多，但也是煤礦中常見的水害，據統(tǒng)計約占煤礦水害事故的30%。在開采淺部煤層的時候，要特別注意采掘范圍內小窯、古井的存在以及積水范圍。如許多老礦區(qū)淺部古井、小窯，密布，是開采淺部煤層時的威脅。當然，隨著開采深度的增加，小窯、老空積水的影響越來越小。自采區(qū)積水也是一種重要的老空積水水源。1.1.3礦井涌水水源1.2礦井涌水通道

礦井涌水通道的類型各類型涌水通道的特征1.2礦井涌水通道按涌水通道成因分：天然涌水通道：地質構造：導水斷裂、構造裂隙帶等巖溶陷落柱巖溶塌洞人工通道采礦擾動類導水通道：頂板冒裂帶、底板破壞帶等封閉不良鉆孔煤(巖)柱擊穿等1.2礦井涌水通道按導水通道形態(tài)分：點狀導水通道：陷落柱、封閉不良鉆孔、巖溶塌洞等線狀導水通道：斷層帶或斷裂破碎帶等面狀導水通道：頂板冒裂帶、底板破壞帶1.2.1地質構造地質構造是影響礦井涌水的重要因素，大多數礦井突水都與地質構造有關。1.2.1.1褶曲構造1.褶曲的類型和規(guī)模褶曲的類型和規(guī)模決定了地下水的儲存條件和儲存量的大小。向斜構造易匯集和儲存地下水，常形成蓄水構造或自流盆地。同為向斜構造，規(guī)模越大，含水層的分布面積越廣，地下水儲存量越豐富，對礦井涌水的影響越大。2.褶曲伴生裂隙的導水作用褶曲的不同部位常存在一系列的伴生裂隙。1.2礦井涌水通道（1）平行主應力的橫張裂隙導水性強。如徐州新河煤礦一井沿NW向主應力方向產生的張裂面與SW和NWW方向的兩組剪裂面及NE向壓裂面相比，導水性最好，井下突水點多分布在NW向的斷裂附近。（2）褶曲軸部，特別是向斜軸部的縱向張裂隙常是底板突水的通道。如峰峰二礦的11個底板大青灰?guī)r突水點中，除與斷層有關外，向斜軸部的縱張裂隙也有重要作用（右圖）。突水點1.2礦井涌水通道（3）褶曲形成過程中產生的層間裂隙有利于灰?guī)r中巖溶的發(fā)育和地下水的匯集和運移。褶曲兩翼過于平緩或傾角過大，層間裂隙均不發(fā)育。褶曲兩翼傾角在30～50

時，極易形成張開度較好的層間裂隙，有利于地下水的儲運。如徐州新河一井，南翼灰?guī)r近直立，局部倒轉，層面裂隙不發(fā)育，巖溶發(fā)育差，富水性弱；北翼地層傾角較緩，層面裂隙較發(fā)育，張開性較好，灰?guī)r巖溶也相應較發(fā)育，富水性較強，井下突水點也都分布于北翼。此外，褶曲的轉折端斷裂較發(fā)育，也是礦井突水的重要部位。1.2礦井涌水通道1.2.1.2斷裂構造

1.斷層對礦井涌水的影響斷層是礦井涌水的重要通道，地下水、地表水、甚至大氣降水都可沿導水斷層滲入或涌入礦井。斷層本身還可儲存一定量的地下水。斷層對礦井涌水的影響表現(xiàn)在以下三個方面：（1）斷層的導水和儲水作用。當采掘面接近或揭露斷層時，地下水沿斷層進入礦井（右圖，肥城楊莊礦）。9101面回風巷徐、奧灰突水，最大水量達4409m3/h1.2礦井涌水通道（2）斷層縮短了煤層與對盤含水層的距離，當采掘工作面了揭露或接近斷層時突水。斷層傾角的變緩也會使上盤煤層與下盤含水層之間的距離縮短（右圖，河南焦作）。涌水量84.7m3/min1.2礦井涌水通道（3）斷層破壞了巖層的完整性，降低了巖層的強度。勘探資料表明，隔水層底部的承壓水常沿裂隙上升到隔水層中的，某一高度，如果遇到斷層，則可能上升到煤層以上，形成承壓水原始導高帶，使隔水層的有效厚度降低甚至完全喪失隔水、阻水性能。因此斷層及其附近是礦井突水最多的部位。據不完全統(tǒng)計，在河北井陘、峰峰礦區(qū)和山東的淄博礦區(qū)，與斷層有關的突水點，分別占各礦區(qū)全部突水點的97％、84～90、70～80％。在焦作礦區(qū)，與斷裂構造有關的突水常發(fā)生在兩條主干斷裂的復合部位及其銳角一側，以及主干斷裂旁側的“入”字形小構造、斷裂密集帶、斷層尖滅處、斷層交叉等部位。斷層的上盤由于是主動盤，旁側裂隙較下盤往往更發(fā)育。因為這些部位是應力集中的地方，巖層以破裂釋放應力。1.2礦井涌水通道1.2礦井涌水通道1.2.2巖溶陷落柱巖溶陷落柱是華北石炭－二疊系煤田中一種重要的地質現(xiàn)象，在山西、河北的許多礦區(qū)普遍存在，河南、山東、陜西、安徽、江蘇的部分地區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。1.2.2.1陷落柱的形成

煤系下伏巨厚灰?guī)r頂部巖溶發(fā)育，形成巨大的溶洞，使上覆地層失去支撐，在重力作用下不斷向下垮落而形成的垂直柱狀坍落體。

根據巖溶空間的大小、巖溶水的徑流和排泄條件、上覆地層的巖性及構造裂隙發(fā)育程度等不同，陷落柱的高度有大有小，大者可達地表，小的高數米至數十米。1.2礦井涌水通道1.2.2.3陷落柱充水性分類分為全充水型、邊緣充水型和疏干（或不充水）型三類：全充水型陷落柱導水性、儲水性好，對礦井的危害最大，井巷工程一旦揭露就發(fā)生突水，突水量大而穩(wěn)定；邊緣充水型陷落柱導水型較差，揭露時一般以滴、淋水為主，涌水量不大；疏干型陷落柱導水型差，揭露時僅有少量滴水或無水，巷道甚至可以穿過柱體。1.2.2.4陷落柱的危害陷落柱尤其是充水陷落柱的危害是十分嚴重的，井巷揭露時?？舍劤蔀暮?。如開灤范各莊煤礦2171工作面揭露的9號陷落柱，最大突水量為2053m3/min，為世界最大的突水水量。1.2礦井涌水通道1.2.3采動破壞帶煤層開采后，采空區(qū)周圍巖層的巖層由于失去支撐而向采空區(qū)內逐漸移動、彎曲和破壞，原始應力狀態(tài)發(fā)生改變。隨著采煤工作面的不斷推進，圍巖的移動，變形和破壞不斷向采場向外、向上和向下擴展，導致頂板、底板和煤壁的破壞，在采場周圍形成破壞帶或人工涌水通道。當其波及到涌水水源時，就會發(fā)生頂板突水、底板突水或斷層突水。破壞帶的形成和規(guī)模大小及其對礦井涌水的影響，取決于采場及周圍的地質、水文地質條件以及煤層的賦存（厚度、深度）和開采（開采方法、工作面寬度）等因素。1.2礦井涌水通道冒落帶：指采礦工作面放頂后引起的直接垮落破壞。該帶不僅透水而且透砂。裂隙帶：指冒落帶之上，大量出現(xiàn)的切層、離層和斷裂隙或裂隙發(fā)育帶。該帶不會透砂但能透水。彎曲帶：指裂隙帶以上至地表的整個范圍內巖體發(fā)生彎曲下沉的整體變形和沉降移動區(qū)。訪帶一般不具備導水能力。1.2.3.1頂板導水裂隙帶開采煤層頂板運動產生，上覆巖層的移動和破壞，會形成了充水通道，使上部水體中的水滲入或潰入井下，形成災害。1.2礦井涌水通道1.2礦井涌水通道1.2礦井涌水通道1.2.3.2底板破壞帶工作面開采過后，不僅頂板會產生導水裂隙帶，同時由于底板的卸壓作用，在礦山壓力和地下水壓力的聯(lián)合作用下，底板會形成工作面底板破壞帶。Ⅰ底板破壞帶；Ⅱ完整巖層帶；Ⅲ承壓水導高帶。

1.2礦井涌水通道1.2礦井涌水通道1.2.4封閉不良鉆孔

井田往往存在許多各勘探時期留下的鉆孔。所有的鉆孔終孔后都應按照封孔設計要求和鉆探規(guī)程的規(guī)定進行封孔。未進行封孔或雖封孔，但質量不符合要求的鉆孔就可能成為溝通煤層上、下鉆孔揭露范圍內各含水層水力聯(lián)系的導水鉆孔，并成為這些含水層水進入礦井的通道。當采掘工程揭露或接近鉆孔時，會釀成突水事故。1.2礦井涌水通道突水位置1.2礦井涌水通道3.礦井水文地質條件探查3.1礦井水文地質調查3.2礦井水文地質勘探3.3礦井水文地質試驗3.4礦井水文地質觀測3.2.1水文地質物探3.2.2水文地質鉆探3.2.3水文地質化探3.2.4各種勘查手段的綜合運用3.2礦井水文地質勘探物探方法主要依據介質的電性、彈性波、磁場強度、重力場的差異對不同介質及其界面進行判識，從而滿足礦井防治水中對異常地質體的探測要求。物探具有成本低、速度快、設備簡單、用途廣泛，是當前水文地質調查中不可缺少的勘查手段。3.2.1水文地質物探地面主要物探方法地震—主要探測斷層、陷落柱，主要有二維地震和三維地震。

電法、電磁法—含、導水異常的探查，目前主要有瞬變電磁法、直流電法、電測井；物探方法具有大范圍、大尺度探查的特點，但其局限性在于難以克服多解性的缺陷，往往需要通過鉆探等其它手段來驗證。3.2.1水文地質物探鉆探方法是通過鉆探工程了解地層的結構特點、含隔水層的空間特征。鉆探方法是各種試驗方法賴以實施的基礎，如抽水試驗、放水試驗、連通試驗等需要鉆孔形成以后才能組織實施。鉆探手段往往施工周期長，揭露的水文地質信息有限，常常給人“一孔之見”之感3.2.2水文地質鉆探化探—水化學分析方法的簡稱。地下水的化學成份往往代表著其賦存地層的環(huán)境特征，按照各種特征離子的含量、礦化度、水質類型等，可以對不同含水層地下水做出區(qū)分，從而對井下涌水的來源進行識別。常規(guī)水化學分析：陰陽離子，礦化度，PH等微量元素分析：Pb,Cd,Cu,Ni,Zn,Fe,Mn等；環(huán)境同位素：2H，3H,18O：指示水源，測年等3.2.3水文地質化探每一種方法都有其優(yōu)勢每一種方法都有其局限性任何一個單一的方法都往往不能解決問題鉆探與物探的結合是一種點與面的結合鉆探是消除物探多解性的有限手段水文地質勘探之前要進行全面的方案設計水文地質勘探之后要進行綜合分析3.2.4水文地質勘探方法的綜合運用水文地質試驗是進行地下水定量研究，獲取評價所需水文地質參數的不可缺少的手段。具體包括：抽水試驗壓水試驗連通試驗放水試驗地下水流向流速測定等。3.3水文地質試驗

礦井水的防治工作應堅持以防為主、排、疏、堵、截、探、監(jiān)相結合，堅持先易后難、先近后遠、先地面后井下、先重點后一般、地面與井下相結合、重點與一般相結合的工作原則。礦井防治水工作應在防治水害的同時，注意礦井水的綜合利用，除弊興利，實現(xiàn)排供結合，保護礦區(qū)地下水資源和環(huán)境。

4.礦井水害防治

4.1.地表水的防治4.2.頂板水的防治4.3.底板水的防治

4.礦井水害防治

4.4.采空積水防治4.5.斷層水防治4.6.陷落柱水、鉆孔水防治

地表水體包括江河、湖海、池沼、水庫等。當開采位于這些地表水體影響范圍內的煤層時，在適當的條件下，這些水便會涌入巷道成為礦井的充水水源。而地表水體水害主要是指洪水灌井、河流及水庫水潰入礦井等。

(一）發(fā)生原因

1.自然因素：

(1)井田及周邊有河流、水庫等地表水體的存在；

(2)隨氣候、排灌、水庫調度的變化，地表水體的位置、規(guī)模、水位等也會發(fā)生變化；

(3)地表水體與礦井巷道之間地層、構造隔水或連通條件等，如煤層埋藏淺，缺乏上覆的有效隔水層，導水構造發(fā)育；4.1.地表水的防治2.人為因素：

(1)礦井的布置不合理，井口標高低于最高洪水位，且工業(yè)廣場缺乏必要的防洪建筑。由于缺乏氣象和水文觀測資料，最高洪水位的計算和選取有誤；由于在河道內占地建筑或排放廢石渣等，人為改變了河道行洪條件，使實際洪水位高于原設計值；

(2)水體下或附近開采方法不當，開采變形導致頂板隔水層破壞。

(3)地面開采塌陷裂縫未能及時充填封堵，遺留下隱患。

(4)與周邊礦井和老窯之間的邊界保安煤柱留設不合理，導致地表水體沿小窯或古空潰入本礦井。歸根到底，導致地表水體水害發(fā)生的人為原因就是思想麻痹，疏忽大意，管理不嚴。4.1.地表水的防治(二）特點：水害來的突然而迅猛，瞬時水量巨大，巷道內形成的高速水流能量無法抗拒，其突水量遠大于礦井的排水能力，常使得井下作業(yè)人員來不及撤出，被困井下而造成重大人員傷亡和財產損失。（三）實例例1、1988年8月18日19時5分，潞安礦務局五陽礦760水平大巷因襄垣縣侯堡鄉(xiāng)紅旗煤礦越界開采打通多處，正遇汛期來臨，漳河水漲，漳澤水庫、后灣水庫同時向河床排水，河水漫出河床后經紅旗煤礦采空塌陷區(qū)灌入井下。很快淹沒760水平大巷并遍及全井，造成全礦停產兩個多月，兩名工人死亡，直接經濟損失6000多萬元。例2、1996年8月太原西山連降暴雨，引發(fā)山洪，淹沒河谷兩側多個小煤窯，進而沿小窯潰入大礦，導致官地礦井下被淹，損失上億元。4.1.地表水的防治（四）防治措施由于地表水體的位置清楚，情況明確，故防治水患方法也比較簡單。

1.合理選擇井筒位置在任何情況下，應保證井口及其它地面設施不致被地表水淹沒，因此井口及其它建筑物基礎的標高均應高于歷年最高洪水位，當受地形限制時，應采取修筑防水堤壩或改變水流方向等補救措施。必要時應重新核定礦井的防洪設防標準。4.1.地表水的防治2.封堵地面塌陷裂隙通道通常處理的方法有以下幾種。1）封堵地面塌陷裂隙通道措施當地表塌陷及裂隙對礦井充水確有明顯影響時，需采用土、石充填封堵。

（1）封堵塌陷坑和裂隙（2）圍截隔離塌陷裂隙區(qū)（3）將洪水引出塌陷裂隙區(qū)4.1.地表水的防治4.1.地表水的防治

塌陷坑堵填方法示意圖

渡洪槽示意圖3.漏水河床(或泄洪沖溝)的鋪底當河流(或泄洪沖溝)流經礦區(qū)斷裂破碎帶、富含水層露頭或巖溶塌陷區(qū)，河水或雨季洪水會沿溶洞、裂隙大量或全部滲漏到含水層、斷裂破碎帶進入礦井，對礦井有直接的充水作用，造成井下涌水量持續(xù)大而穩(wěn)定或在雨季猛增。在河流(或泄洪沖溝)不宜改道的情況下，可在地表水的漏失地段用黏土及料石或水泥鋪砌不透水的人工河床段，以有效阻止或減少河水向井下的漏失。

4.1.地表水的防治

人工河床襯砌斷面示意圖4.1.地表水的防治4.1.地表水的防治

整鋪河床示意圖1-灰?guī)r；2-頁巖；3-整鋪后的人工河床4.河流改道或截彎取直措施當礦區(qū)內有河流通過，水體下采礦不安全，留設防水礦柱又大量損失礦產資源，而河水滲流嚴重使礦井排水負擔重并嚴重威脅礦井安全生產時，可考慮對河流進行改道或截彎取直。

河流改道示意圖河流改道及截彎取直示意圖4.1.地表水的防治4.1.地表水的防治5.修筑排洪渠、防洪堤的措施

排(截)洪渠布置示意圖在塌陷區(qū)上方修排洪溝示意圖4.1.地表水的防治6.地面帷幕注漿截流措施

當礦區(qū)內的地表河流對礦井的開采造成影響，而其它防治方法又不宜采用時，可采用注漿帷幕截流的方法，切斷河水對礦坑的滲漏與倒灌。工程實例：(a)某礦煤系被小汶河覆蓋狀況示意圖4.1.地表水的防治(b)某礦各灰?guī)r含水層與第四系含水層接觸關系示意圖4.2.頂板水的防治當礦層頂板存在含水層(體)時，含水層(體)中的水常常沿裂隙等通道進入采掘工作面，造成頂板滴水、淋水甚至涌水，影響采掘作業(yè)。有時在礦山壓力作用下，伴隨著回采放頂，會導致大量的水潰入井下，造成垮面淹井事故。1.采動條件下覆巖破壞的規(guī)律覆巖破壞分帶示意圖4.2.頂板水的防治

冒落帶、裂隙帶波及地表水體造成透水示意圖4.2.頂板水的防治4.2.頂板水的防治2.防水煤(巖)柱的留設措施（1）基巖風化裂隙較發(fā)育時，應留設防水煤(巖)柱4.2.頂板水的防治（2）煤層露頭或淺部被松散含水層覆蓋時，應留設防水煤(巖)柱（3）在水淹區(qū)、采空積水區(qū)下掘進時，應留設防水煤(巖)柱4.2.頂板水的防治3.注漿截流1）露天礦坑剝離含水層建造截流帷幕墻

露天礦坑剝離含水層建造截流帷幕墻4.2.頂板水的防治2）煤層直接頂板含水層帷幕截流注漿煤層直接頂板含水層帷幕截流注漿4.2.頂板水的防治3）注漿封堵頂板水4.2.頂板水的防治4.3.底板水的防治當煤層底板存在高承壓含水層，且礦層與含水層之間的隔水層較薄時，在采動礦壓的作用下，礦層底板隔水層的連續(xù)性將遭到破壞，其阻水能力降低。當底板礦壓破壞帶深度波及高承壓含水層時，就會發(fā)生底板突水事故。

范各莊礦特大突水

1984年6月2日，河北開灤范各莊煤礦2171工作面掘進時揭露一陷落柱，奧陶系灰?guī)r水通過陷落柱突入井巷，使年產300萬t的礦井被淹。最大突水量2053m3/min，為目前國外最大突水量（南非德律芳金礦達340m3/min）的6倍以上。當范各莊礦淹沒水位上升到-156.17m時，從標高-232m的7煤層盲巷突破與鄰礦之間的邊界煤柱，使相鄰的呂家坨礦隨之淹沒。當呂家坨礦淹沒水位上升到-334.72m時，與其相鄰的林西礦之間的隔水煤柱開始滲水，水位上升到-197.95m時滲水量已達16m3/min，使林西礦被迫停產。同樣原因，與林西礦相鄰的唐家莊礦、趙各莊礦也受到威脅而處于半停產狀態(tài)。此次水害影響產煤近1000萬t，直接和間接經濟損失達40億元。此外，這次突水還使區(qū)域地下水資源遭到破壞。突水后開灤東礦區(qū)奧陶系巖溶水位大幅度下降，使許多供水井吊泵失去供水能力，造成10萬人的用水困難。突水還使礦區(qū)地面出現(xiàn)17個巖溶塌陷坑，建筑物也遭到部分破壞。4.3.底板水的防治4.3.底板水的防治4.3.底板水的防治1.采動條件下底板破壞的規(guī)律(a)隨工作面推進底板受力特征(b)工作面底板剪切帶分布特征(c)工作面周圍支承壓力分布特征煤層底板“下三帶”的發(fā)育特征4.3.底板水的防治2.易發(fā)生突水的地段斷層交叉或匯合處背斜傾伏端一帶褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶斷層尖滅或消失端一帶兩條大斷層相互對扭地帶(即張扭性破碎帶)與導水或富水大斷裂成“入”字形連接的小斷裂帶復合部位小斷層與次級小褶曲軸在地層傾向急劇轉折帶上的復合部位，或小褶曲軸與底層傾向轉折帶的復合部位壓性斷裂下盤、張性斷裂上盤因富水性強。4.3.底板水的防治3.底板水防治方法（1）地表疏水降壓4.3.底板水的防治

（2）井下疏水降壓4.3.底板水的防治(a)底板疏水降壓孔平面布置示意圖(b)底板疏水降壓孔剖面示意圖（3）注漿改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度4.3.底板水的防治

（4）注漿加固、提高隔水層的阻水性4.3.底板水的防治（5）利用隔水層帶壓開采4.3.底板水的防治4.3.采空積水的防治古空區(qū)是指古代人民采煤后遺留下的空間；

采空區(qū)是指距今時間不很長采煤后而留下的空間；

二者的相同點：都是由于煤層開采后留下的空間。

區(qū)別：距今時間地表痕跡資料記載積水量防治難易程度古空區(qū)久遠無無無法估算難采空區(qū)不遠有有可估算可防治4.3.采空積水的防治古空區(qū)水害此類水害在我省相當普遍，危害相當大。當礦井停采或閉坑后，礦井涌水不再排出，而是積存于井下采空區(qū)或廢棄的巷道中，形成古空區(qū)積水。它們象小水庫一樣分布于礦區(qū)的淺部，對周邊生產礦井的安全構成極大威脅。我省煤礦開采歷史悠久，采空面積大，開采情況無資料留存，積水量、積水范圍不清。特點：透水時，水來勢兇猛，瞬間流量大，流速快，沖擊力巨大，由于它能在短時間內造成大量的水突入礦井，往往造成巨大危害，水出有有害氣體。補給水源較少的老窯水，短期內即可排干。

舉例：陵川關嶺山(見下圖)4.3.采空積水的防治采空區(qū)水害該類型與前述的古空區(qū)積水類型看起來基本相似,但有區(qū)別.發(fā)生原因：(1)對采空區(qū)積水位置及積水量不清楚，關鍵是日常地質編錄工作做的不好。

(2)周邊煤礦越界開采，形成了大量的積水，但雙方互不溝通，資料不交換。

(3)探放水未按《煤礦防治水規(guī)定》執(zhí)行。特點：(1)來勢兇猛，壓力大。

(2)水量大小取決于采空區(qū)范圍的大小。

(3)水質較古空區(qū)水質稍好，主要取決于采空區(qū)形成時間的長短，時間越長，水質越不好。

(4)損失嚴重4.3.采空積水的防治4.3.采空積水的防治例：盂縣神益溝煤礦在礦產資源開采年限較長、結束水平、采區(qū)較多的礦區(qū)，采空區(qū)分布范圍廣，且均有不同程度的積水。當采掘工程接近或采動影響波及積水區(qū)時，對礦井生產會形成一定的水患威脅。以煤礦為例，礦井生產過程中因老空積水潰出造成的水害事故約占煤礦水害事故的30%，雖然造成的淹井事故不多，但經常造成工作面停產或人身傷亡事故，給煤礦安全生產和經濟效益造成極大的影響。隨著生產礦井開采范圍的擴大，開采層數、深度的增加，采空區(qū)越來越多。新采掘工作面與積水采空區(qū)的關系越來越復雜，使生產礦井水文地質條件發(fā)生了較大變化。為避免礦井采掘過程中出現(xiàn)老空積水透水事故，礦井生產中必須堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”探放水原則，以確保礦井安全生產。

4.3.采空積水的防治1.老空積水的調查及積水量的估算4.3.采空積水的防治1)老空水的調查內容(1)小窯的位置及開采情況；(2)地質、水文地質情況；(3)小窯采空造成的地表塌陷深度、范圍大小等；(4)小窯開采的煤層及開采范圍，小窯積水量，水頭壓力和相互連通關系；(5)老空邊界位置。

2.探放水原則及探水起點的確定探放水的十六字原則：預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采。4.3.采空積水的防治4.3.采空積水的防治“三防線”設置首先應按“預測預報”的基本要求積極進行老空積水情況調查，調查基礎上在采掘工程平面圖上圈定出老空積水邊界線，平行此線外推60—150m位置為探水線，由探水線外推50—150m為警戒線積水線探水線警戒線50-150m60-150m注意!!!采掘進入警戒線，應堅持“有疑必探，先探后掘”的原則?！钆c正常區(qū)域生產活動不同之處在于，進入警戒線后，必須高度重視礦井透水征兆的觀察，特別是礦井安全管理人員。采掘進入探水線，必須堅持“有掘必探，先探后掘”的原則?！罴吹竭_探水線必須停止作業(yè)，著手超前探水工作。采掘作業(yè)必須有探水工程作為安全保障。4.3.采空積水的防治

3.采空積水量的估算Q積—相互連通的各個積水區(qū)的總水量，m3；∑Q采—有水力聯(lián)系的礦層采空區(qū)積水量之和，m3；∑Q巷—與采空區(qū)連通的各種巷道積水量之和，m3；M—采空區(qū)礦層平均采高或礦層厚度，m；h—老空積水區(qū)內水頭高度，m；α—礦層傾角，o；W—積水巷道原有斷面，m2；L—老空走向長度或積水巷道長度，m；K——充水系數。采空區(qū)取K=0.25～0.5礦巷取K=0.5～0.8巖巷取K=0.8～1.04.3.采空積水的防治4.探水前的注意事項準備堵水材料檢查排水系統(tǒng)檢查瓦斯檢查支架檢查煤壁檢查安全退路4.3.采空積水的防治2.探水工程布置4.3.采空積水的防治1)探水工程布置的基本要求探水鉆孔成組布設，并在巷道前方的水平面和豎直面內呈扇形。鉆孔終孔位置以滿足平距3m為準，厚煤層內各孔終孔的垂距不得超過1.5m。上山探水時，一般采用雙巷掘進，其中一條超前探水和匯水，另一條用來安全撤人。雙巷間每隔30-50m掘1個聯(lián)絡巷，并設擋水墻。井下探放水應當使用專用的探放水鉆機。嚴禁使用煤電鉆探放水。探水鉆孔除兼作堵水或者疏水用的鉆孔外，終孔孔徑一般不得大于94mm。老空水探放工程平面布置圖(上山斜巷)4.3.采空積水的防治探水鉆孔的超前距、幫距和允許掘進距離示意圖探水工程平面布置要求示意圖探水終點位置線中孔幫距幫距允許掘進距離探水工程長度超前距允許掘進終點位置線4.3.采空積水的防治探水點連續(xù)布置示意圖前次探水終點位置線前次允許掘進終點位置線前次允許掘進距離前次探水工程長度掘進巷道4.3.采空積水的防治4.探放老空水的安全措施4.3.采空積水的防治1)探水巷道掘進的安全措施4.3.采空積水的防治2)鉆探的安全措施4.3.采空積水的防治3)放水時的安全措施4.3.采空積水的防治5.留設防水煤